Question

2．如图所示，质量为2kg的物体A在拉力F作用下，以0.4m/s的速度在水平桌面上做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为6N，不计较滑轮和轮重，及它们的摩擦力，拉力F在10s内所做的功为24J，如果滑轮的机械效率为80%，拉力F的大小为15N．

Answer 1

分析 （1）如图所示，A受到的拉力等于弹簧测力计的示数，由于物体A做匀速直线运动，物体受到摩擦力大小等于A受到的拉力．不计较滑轮和轮重，及它们的摩擦力，作用在动滑轮轴上的拉力等于A受到摩擦力的2倍，利用s=vt 求出10s物体移动的距离，根据动滑轮的特点求出10s拉力F移动距离，利用W=Fs求拉力做的功；
（2）克服摩擦做的功为有用功W_有用=fs_物，拉力做的总功W_总=Fs=F×$\frac{1}{2}$s_物，知道机械效率，利用效率公式求拉力大小．

解答 解：
（1）结合图示可知，物体A受到的拉力F_拉=F_示=6N，
因为物体A做匀速直线运动，
所以物体A受到的摩擦力：f=F_拉=6N；
不计较滑轮重以及它们的摩擦力，作用在动滑轮轴上的拉力：F=2f=2×6N=12N，
10s物体移动的距离：
s_物=v_物t=0.4m/s×10s=4m，
因拉力作用在动滑轮轴上，费一倍的力，省一半的距离，则10s力F移动的距离：
s=$\frac{1}{2}$s_物=$\frac{1}{2}$×4m=2m，
拉力F在10s内所做的功：
W=Fs=12N×2m=24J；
（2）克服地面摩擦力做的功为有用功，即W_有用=fs_物，
拉力做的总功：W_总=Fs=F×$\frac{1}{2}$s_物，
则动滑轮的机械效率：η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{f{s}_{物}}{F×\frac{1}{2}{s}_{物}}$=$\frac{2f}{F}$，
所以，此时的拉力：F′=$\frac{2f}{η}$=$\frac{2×6N}{80%}$=15N．
故答案为：24J；15N．

点评 本题考查了使用动滑轮拉力的计算、功的计算，机械效率计算，解题时可把此图旋转90度，变成我们比较熟悉的水平方向分析计算．